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awuki2020-04-28

人類發射探測器並不是為了好玩，而是要對儘可能多的行星進行考察，太陽系是不分上下左右的，直接向上或者向下是沒有什麼好觀察的。

發射探測器還有一點必須需要考慮，那就是引力，如果探測器單純的向上飛那就完完全全的需要依靠自身的動力，不能借助旁力，這就增大了很多難度。所以當探測器向上或向下飛，會很難飛出太陽系，甚至能不能飛出去還是一回事！

地球是在一個執行機制很完善的太陽系裡，所有的天體都在有規律的圍繞太陽進行公轉，那麼你可知道真正的太陽系是什麼樣子？

其實太陽系並不是扁平的，我們只是被太陽系的照片給誤導了。

行星圍繞恆星公轉，除了因為恆星的質量大引力大，還因為恆星的自轉，也就是說如果恆星沒有自轉，所有行星也不會在同一扁平面上執行的，而太陽也是有自轉的，垂直於太陽自轉軸的就是黃道，靠近太陽的行星的公轉軌道一定會在黃道上。

因為太陽的自轉，會引起時空的彎曲，使在近引力範圍的黃道面時空產生順太陽旋轉方向輕微扭曲進而產生扭力。同理，太陽形成初期，圍繞太陽旋轉的天體軌道也是立體的，但當天體經過黃道面的時候由於太陽所產生的扭力會使其軌道向平行黃道面的方向偏轉一點，就這樣經過漫長的時間積累，所有立體旋轉的天體都改變軌道共同在黃道上運行了。

同理，土星環也是這樣形成的，地球赤道上的太空也存在扭力，證實也很容易—使同步軌道上的衛星開發動機逆地球自轉方向執行會比順著地球方向飛行要耗更多的燃料，這是克服扭力的能耗。另外說明一下，在太陽系外層的扭力幾乎為零，故處在那裡的奧爾特雲，一個聚集著大量冰凍小天體的執行結構近似球形，而不是扁平狀的。

自從1977年發射升空後，“旅行者1號”一直在向太空深處行走。如果以太陽系八大行星的軌道為邊界，“旅行者1號”早已飛出了太陽系。1990年，“旅行者1號”飛過海王星軌道。這是距離太陽最遠的一顆行星。

那麼“旅行者1號”可以飛出太陽系嗎？

很遺憾，即使萬年以後飛出了太陽系，我們也無從得知。

龐之浩曾經介紹說，科學家會根據探測目標位置，為探測器選取驅動能源。“一般探測目標位於火星軌道以內的探測器採用太陽能作為能源，因為在這些區域光照充足；探測目標位於火星以外的探測器採用核能作為能源”。“旅行者1號”最初的探測目標是木星，因此採用的是核能驅動。當探測器完成加速後，按設定的軌道飛行階段需要的能量很少，能量主要用於調整飛行器姿態及與地球通訊，比如調整天線對準地球。

但儘管如此，“旅行者1號”的放射性同位素熱電發生器也只能支撐幾十年時間。可能到2025年後，我們將無法收到’旅行者1號’發回的科學資料，工程資料的傳回還能維持幾年。即使新啟動的推進器能將其服役期間延長兩三年，但也只是數萬年飛行時間的一個零頭，當旅行者1號與地球失聯後，人類將無從得知其行蹤。

那能不能攜帶更多燃料，讓探測器在更長時間裡與地球保持聯絡？

事實上，每個探測任務的預算都是有限的，攜帶更多燃料勢必會佔用任務預算，而且怎麼攜帶也是一個問題。即使是按照目前的技術水平，帶上足夠探測器飛行3萬年的燃料，那也是不可能的。

太陽系是接近扁平的，但太陽的引力範圍是均勻的。太陽系的八大行星都處於黃道面，但太陽系其它天體未必都處於黃道面內。

美國上世紀七十年代發射的“旅行者一號和二號”探測器都是沿著太陽的黃道面飛行的，為什麼沒有垂直於黃道面向上下飛行呢？

這裡面主要有兩個原因：

一、旅行者探測器的最初任務要求決定了它們起初的飛行方向和路線必須沿著黃道面。當然任務結束後，它們確定了各自的飛行方向。最初任務是：旅行者一號探測木星和土星及其衛星，旅行者二號探測木星、土星、天王星和海王星。由於探索的這些行星都在黃道平面，所以旅行者號探測器飛行方向必須沿著黃道面。

二、旅行者號探測器沿著黃道面飛行可以藉助各大行星的引力加速作用，即引力彈弓效應，節省大量時間和燃料。旅行者一號和二號都受到土衛六的引力彈弓效應，一個得以離開黃道面直奔太陽系外，一個得以加速飛向天王星，節省了自身攜帶的有限推進劑，可以延長了壽命。

但是如果沿著黃道面垂直方向（即向上向下）飛行，將沒有任何助力，而且受到太陽的引力是一樣的，飛行器如果想脫離太陽系會更難。

什麼是引力彈弓效應？

就是利用行星或者其他天體的相對運動和引力然後改變探測器的軌道，並且可以獲得外力的速度。這樣不僅可以節省燃料和時間，而且可以加速探測器。這樣也會更容易加速到第三宇宙速度，克服太陽的引力束縛飛出太陽系。